本發明屬于合成孔徑雷達，尤其涉及一種面向疊掩與陰影抑制的星載sar場景匹配曲線成像波控優化方法。
背景技術：
1、長曲線場景是星載sar觀測的一類重要場景，如海岸線、鐵路、河流、地震斷層等。傳統星載sar成像模式的成像帶與衛星航跡平行，對長曲線場景成像往往通過多軌重訪、多成像帶拼接增加沿跡成像帶的總體寬度。星載sar場景匹配曲線成像通過連續調整俯仰、方位波束指向生成與曲線場景相“匹配”的成像帶，從而實現對長曲線場景的高效率成像。
2、在sar圖像中，疊掩(layover)和陰影(shadow)是由斜視成像方式引起的幾何失真，特別是在地形起伏較大的地區，如山區或城市環境中。疊掩是由于地形坡度角大于雷達下視角，而造成坡頂比坡底的回波信號先到達雷達接收機，導致地面場景中處于不同高度的區域的回波疊加到到同一斜距分辨單元內，從而引起地物失真，影響地形測繪和目標識別；而陰影則是由于雷達波束的下視角較大，遇到陡峭山體或高大建筑物時，目標的背向坡面無法被雷達波照射到，從而在該區域無法接收到回波，最終在sar圖像中形成黑色的“陰影”區域。
3、目前星載sar場景匹配曲線成像沒有對疊掩與陰影區域的判定模型，缺乏對成像任務中疊掩與陰影區域的預估能力，無法保證數據獲取的質量。為此，需根據星載sar場景匹配曲線成像的幾何模型，開展研究面向疊掩與陰影抑制的星載sar場景匹配曲線成像波控優化方法，基于實測dem數據，根據雷達視角及斜距的變化建立疊掩與陰影的判定模型，在指定斜視范圍和保證成像帶幅寬的要求下，通過優化構型初始斜視角，實現面向疊掩與陰影的星載sar場景匹配曲線成像波控優化。
技術實現思路
1、有鑒于此，本發明提供一種面向疊掩與陰影抑制的星載sar場景匹配曲線成像波控優化方法，實現了面向疊掩與陰影抑制的星載sar場景匹配曲線成像波控優化。
2、為實現上述發明目的，本發明的技術方案為：
3、一種面向疊掩與陰影抑制的星載sar場景匹配曲線成像波控優化方法，具體步驟包括：
4、步驟一：在星載sar場景匹配曲線成像幾何模型中，根據視角與斜距的變化，建立疊掩的判定模型，輸出疊掩區域坐標及全場景疊掩率；
5、步驟二：在星載sar場景匹配曲線成像幾何模型中，根據視角與斜距的變化，建立陰影的判定模型，輸出陰影區域坐標及全場景陰影率；
6、步驟三：基于實測dem數據，在指定斜視范圍和保證成像帶幅寬的要求下，輸出最優的構型初始斜視角，使得疊掩率、陰影率和平均幅寬加權和最小。
7、進一步的，步驟一的具體方法為：
8、根據星載sar場景匹配曲線成像模型中出現疊掩現象時，入射角θ1與迎坡坡度γ1的幾何關系，得到疊掩區域出現的條件為：
9、180-γ1-θ1＜90????(1)
10、其中入射角θ1與下視角β1的關系為：
11、θ1＝90-β1????(2)
12、將式(2)代入式(1)即可得到疊掩區域出現的條件為：
13、β1＜γ1????(3)
14、由此提出本發明的星載sar場景匹配曲線成像疊掩區域判定算法，共分為以下六個步驟：
15、(1)輸入衛星飛行位置序列、波束中心照射軌跡序列、距離向波束寬度；
16、(2)在當前方位時刻，在零多普勒面內且在距離向波束寬度的范圍內，等角度間隔地采樣，得到n個波束指向，分別尋找每個波束指向上與地面的第一個交點，得到n個波束指向矢量；
17、(3)在零多普勒面內且在距離向波束寬度的范圍內，繞衛星位置旋轉當前波束指向矢量，若旋轉后的任一波束指向矢量末端點的高程小于dem數據中對應經緯度點的高程，則判定產生了疊掩現象，記錄旋轉前的當前波束指向矢量的末端點經緯度，即為產生疊掩的坐標點；
18、(4)重復步驟(3)，直至遍歷當前方位時刻所有波束指向矢量；
19、(5)重復步驟(2)、(3)，直至遍歷所有方位時刻，產生疊掩的點的個數與所有采樣點個數的比值即為疊掩率；
20、(6)輸出所有產生疊掩現象的點的經緯度、全場景疊掩率。
21、進一步的，步驟二的具體方法為：
22、根據星載sar場景匹配曲線成像模型中出現陰影現象時，入射角θ2與背坡坡度γ2的幾何關系，得到陰影現象出現的條件為：
23、θ2＜γ2????(4)
24、由此提出本發明的星載sar場景匹配曲線成像陰影區域判定算法，共分為以下六個步驟：
25、(1)輸入衛星飛行位置序列、波束中心照射軌跡序列、距離向波束寬度；
26、(2)在當前方位時刻，在零多普勒面內且在距離向波束寬度的范圍內，等角度間隔地采樣，得到n個波束指向，分別尋找每個波束指向上與地面的第一個交點，得到n個波束指向矢量；
27、(3)在當前波束指向上，等間隔地延長該波束指向矢量至原長度的百分之二，若延長后波束指向矢量末端點的高程大于dem數據中對應經緯度點的高程，則判定產生了陰影現象，記錄延長后的當前波束指向矢量的末端點經緯度，即為產生陰影的坐標點；
28、(4)重復步驟(3)，直至遍歷當前方位時刻所有波束指向矢量；
29、(5)重復步驟(2)、(3)，直至遍歷所有方位時刻，產生陰影的點的個數與所有采樣點個數的比值即為陰影率；
30、(6)輸出所有陰影點位的經緯度、全場景陰影率。
31、進一步的，步驟三的具體方法為：
32、在指定斜視范圍和保證成像帶幅寬的要求下，以構型初始斜視角作為優化變量，利用星載sar非沿跡多目標成像星地構型聯合設計與優化方法完成波控設計，將輸出的衛星飛行位置序列、波束中心照射軌跡序列等，作為本專利所提方法的輸入，基于實測dem數據，代入步驟一、二中所述算法進行測算，將所得的全場景疊掩、陰影率與平均幅寬進行加權求和，當所得的和最小時，該初始斜視角即為最優的構型初始斜視角，如下式所示：
33、
34、其中φi為構型初始斜視角，cost_ilayover、cost_ishadow、wr分別表示對應的疊掩率、陰影率和平均幅寬，α為懲罰項系數。
35、有益效果：
36、1、本發明解決了現有的星載sar場景匹配曲線成像沒有對疊掩與陰影區域預估能力、無法對成像任務中疊掩與陰影進行抑制的問題，在指定斜視范圍和保證成像帶幅寬的要求下，通過優化成像初始斜視角，實現面向疊掩與陰影抑制的星載sar場景匹配曲線成像波控優化。
37、2、本發明的步驟一、二中，根據星載sar成像模型中斜距與視角等幾何關系的變化，分別建立了全場景疊掩率與陰影率的測算模型，結合實測dem數據可以實現對成像任務中疊掩與陰影的校準預估。
38、3、本發明的步驟三中，在指定斜視范圍和保證成像帶幅寬的要求下，優化初始斜視角，使得疊掩率、陰影率與平均幅寬的加權和最小，從而實現面向疊掩與陰影抑制的星載sar場景匹配曲線成像波控優化。